プラズモニクスの原理、物性と光学材料、デバイスへの応用技術

プラズモニクスで何が実現できるのか？ 最新の研究事例からその可能性を探る！

講師

１．東京大学 生産技術研究所　教授　博士(工学)　立間 徹 氏

２．大阪府立大学　大学院工学研究科　電子物理工学分野　
　　教授　博士(理学)　岡本 晃一 氏

３．(国研)理化学研究所 石橋極微デバイス工学研究室
　　専任研究員　工学博士　岡本 隆之 氏

４．東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻・電気系工学専攻
　　准教授　博士(工学)　松井 裕章 氏

受講料

1名につき60，000円（消費税抜き・昼食・資料付き）
〔1社2名以上同時申込の場合1名につき55，000円（税抜）〕

プログラム

＜１０：００〜１１：３０＞
１．局在表面プラズモン共鳴とその応用技術
東京大学　立間 徹 氏　

【講座概要】
　金、銀、化合物などのナノ粒子を使ったプラズモニクスが注目されています。その材料も機能も多岐に渡ります。
　本講座では、その広がりについて、講師が実際に扱っている研究内容を中心に、なるべく平易に説明します。ナノ粒子プラズモニクスで何ができ、何が難しく、どんな研究が注目されているのか、解説します。

１．局在表面プラズモン共鳴（LSPR）
　1.1 LSPRの原理
　1.2 LSPRを示すナノ粒子の材質、サイズ、形状
　1.3 LSPRに伴う４つの光過程：吸収、散乱、エネルギー移動、電子移動

２．吸収に関わる光機能
　2.1 着色
　2.2 赤外スマートウィンドウ

３．散乱に関わる光機能
　3.1 表と裏で色の異なる半透明膜
　3.2 透明プロジェクションスクリーン
　3.3 ナノ化学センサ

４．エネルギー移動に関わる光機能
　4.1 量子ドット太陽電池の光電流増強
　4.2 半透明ペロブスカイト太陽電池の光電流増強
　4.3 光触媒反応速度の増強

５．電子移動に関わる光機能（プラズモン誘起電荷分離）
　5.1 光電変換（赤外光電変換を含む）
　5.2 光触媒（光触媒水素発生など）
　5.3 化学センサ、バイオセンサ
　5.4 光画像記録、情報記録
　5.5 光ナノ加工

【質疑応答・個別質問・名刺交換】

＜１２：１０〜１３：４０＞ 
２．プラズモニクスの原理と高輝度発光素子への応用技術
大阪府立大学　岡本 晃一 氏 　

【講座概要】
　表面プラズモンが外部の光と相互作用することにより、ユニークな光物性・光機能性が出現する。これを制御・利用する技術がプラズモニクスであり、近年特にナノテクノロジーの発展に伴って様々な光素子への応用が期待され、注目を集めている。
　本講演では、その基本的な原理をシミュレーション動画を交えて解説した後、プラズモニクスの高輝度発光素子への応用について詳しく解説する。プラズモニクスを利用することにより、窒化物半導体をはじめとする様々な発光材料の、内部量子効率と光取り出し効率の両方を向上させることができる。また発光速度を著しく増加させられるため、高速光変調や超短パルス光にも応用可能である。さらに深紫外光から赤外光に至るまで、幅広い波長域で制御可能であり、光技術に新しい展開をもたらすことが期待される。

１．プラズモニクスの基礎
　1.1 光技術の現状と問題
　1.2 光の回折限界をこえるナノフォトニクス
　1.3 伝播プラズモンと局在プラズモン
　1.4 プラズモニクスの命名と新たな光技術への応用
　1.5 プラズモニクスの可能性

２．プラズモニクスを用いた高効率発光
　2.1 青色LED材料のさらなる高効率化
　2.2 高効率発光のメカニズム
　2.3 発光増強の温度依存性と内部量子効率
　2.4 電流注入によるプラズモニックLEDの開発
　2.5 有機EL材料、シリコンナノフォトニクスへの応用

３．深紫外〜赤外光を含む広い波長域への拡張
　3.1 緑色発光への応用
　3.2 深紫外プラズモニクスへの拡張
　3.3 赤外・高温プラズモニクス
　3.4 プラズモニック・メタマテリアル
　3.5 プラズモニクスの将来展望

【質疑応答・個別質問・名刺交換】

＜１３：５０〜１５：２０＞ 
３．高効率有機EL素子、有機太陽電池におけるプラズモニクス応用技術
(国研)理化学研究所　岡本 隆之 氏 　

【講座概要】
　有機EL素子では陰極として金属が用いられる。金属陰極と発光層との距離は100nm以下であるため、電流注入によって生成された励起子のエネルギーの多くは金属陰極表面の表面プラズモンに移動する。本講座ではそのメカニズムと、金属陰極にプラズモニック構造を導入することで光取出し効率を向上する方法について述べる。一方、有機太陽電池ではエネルギーの流れる方向は逆であるが、その構造は有機EL素子とほぼ同じである。そのため、相反則より有機EL素子と同様のプラズモニック構造がその変換効率の向上には有効である。
　本講座ではその具体的な適用例について述べる。また、有機太陽電池におけるITO電極を代替可能なプラズモニック構造を有する金属電極についても述べる。

１．表面プラズモンとは
　1.1 局在型表面プラズモンと伝搬型表面プラズモン
　1.2 表面プラズモンの分散関係
　1.3 表面プラズモンと伝搬光との結合

２．表面プラズモンへのエネルギー移動
　2.1 双極子による表面プラズモンの励起
　2.2 有機EL素子における励起子エネルギーの散逸

３．プラズモニック構造による有機EL素子の光取りだし効率の向上
　3.1 単色有機EL素子への応用
　3.2 白色有機EL素子への応用

４．プラズモニック背面電極を用いた有機太陽電池の変換効率の向上

５．有機太陽電池におけるITO電極のプラズモニック構造を有する金属電極による代替

【質疑応答・個別質問・名刺交換】

＜１５：３０〜１７：００＞ 
４．酸化物半導体プラズモニックマテリアルの設計と透明反射遮熱断熱フィルムへの応用
 東京大学　松井 裕章 氏 　

【講座概要】
　省エネルギー社会の構築に向けて、窓から侵入する熱線を効率よく遮断することが要求されている。特に、近赤外域の太陽熱と中赤外域の輻射熱を同時に遮蔽する反射遮熱断熱フィルムの創出が期待されている。更に、ウインドウへの応用に向けて、可視透明性やマイクロ帯域の電波透過性も併せて実現すること望まれ、可視からマイクロ波帯域まで幅広い光・電磁波制御が要求される。
　本講演では、ワイドギャップ酸化物半導体ナノ粒子の表面・界面におけるプラズモン励起の電子・構造制御に基づいて、可視・電波透過性を持つ透明反射遮熱断熱フィルムに向けた取り組みを紹介する。

１．省エネルギー社会
　1.1 遮熱技術
　1.2 現状の課題

２．酸化物半導体
　2.1 基礎光学特性
　2.2 ナノ粒子と局在表面プラズモン

３．反射遮熱断熱
　3.1 ナノ粒子間ギャップ
　3.2 共鳴反射とプラズモン相互作用
　3.3 輻射熱反射
　3.4 ナノ粒子と熱物性
　3.5 フレキシブル性能

４．マイクロ波帯域と電波透過性
　4.1 ナノ粒子間の電子伝導性
　4.2 マイクロ帯域の電磁波特性

５．まとめ

【質疑応答・個別質問・名刺交換】